工業設計超大規模計算從年縮短至分鐘

武漢超算助華科大團隊由“蓋樓”變“造城”

華中科技大學能源與動力工程學院煤燃燒國家重點實驗室，柳朝暉教授（前右一）帶領科研團隊一起討論課題。

長江日報記者高勇 攝

武漢超算中心運維人員查看設備。

長江日報記者胡冬冬 攝

長江日報訊（記者李佳 通訊員汪宇波 黃靖茹）大至一輛汽車的車身設計，借助流體力學優化后，可降低車身的空氣阻力，微至比頭發絲還小的芯片內，通過流體力學分析，能通過掌控微結構運動規律，對納米級“迷宮”進行更精巧的設計。

在華中科技大學，就有一個團隊通過計算機和數值方法來求解流體力學的控制方程，讓這門理論性強、復雜難懂的學科，更快為航空航天、化工、車輛與船舶、集成電路等產業“算”出解決之道。同時，團隊在本地找到了來自武漢超算中心的算力支持。

流體力學在我們身邊無處不在——天上鳥兒的飛翔、地上工業反應器裝置的運轉、人體血管中的血液流動，都離不開同一門學科——計算流體力學。華中科技大學能源與動力工程學院煤燃燒國家重點實驗室教授柳朝暉研究新一代流體力學介觀模擬仿真方法十余年，相關成果獲得國家自然科學二等獎。為解決面向航空航天、高端制造、能源環境、醫療健康等國家重大產業領域對大尺度湍流高精度快速預測的需求，柳朝暉教授團隊自主開發了一款計算流體力學軟件“PFlows”。

就在本月，華中科技大學能源與動力工程學院煤燃燒國家重點實驗室柳朝暉教授團隊宣布，PFlows軟件經與武漢超算中心合作加速算力后，一舉跨越“10萬”門檻，能實現調用10萬CPU計算核心或千卡GPU進行千億網格的超大規模計算。量級躍升意味著，工業設計或仿真實驗將提速百倍乃至千倍，計算時間能從經年累月，縮短至分鐘級。而同種技術路線競逐者，能站上這一計算巔峰的，全球屈指可數。

“CPU就像一輛卡車，可以在復雜的路況下行駛，運輸貨物達到不同的目的地；而GPU就像一輛高速列車，通常在平坦的鐵路上行駛，但可以高速運輸大量的貨物或乘客”，柳朝暉介紹，在基于華中科大數十年仿真方法的理論基礎上，“PFlows”采用CPU并行計算技術、GPU異構加速算法等，讓“卡車”和“列車”各揚其長。但如何讓更多“卡車”和“列車”加入進來？“此前，我們實驗室調用了兩個小機群去做加速，算法再優，但缺乏算力始終達不到最優值。”

此時，剛成立不久的武漢超算中心提供了算力支撐。

團隊成員、項目負責人、華中科技大學能源與動力工程學院和數學學院博士后江茂強介紹，流體力學的計算首先都要做“網格劃分”，針對復雜結構傳統軟件劃分網格復雜耗時，常常會占據整個仿真任務50% ~70%的時間，同時模擬精度高度依賴于網格劃分人員的素質。而PFlows軟件基于新一代計算流體力學理論，借鑒流體粒子本身的碰撞和遷移特性，實現網格劃分簡單快捷，將網格處理時間占比降低到5%以下，這極大提高了軟件算法的速度。

江茂強介紹，“在業界，國際一流水平是‘劃’出千萬級網格，華科自主‘PFlows’軟件與武漢超算中心適配后，網格計算規模突破了‘天花板’，達到了千億級”。

這意味著什么？柳朝暉打了個比方，同等時間做一座城市的環境的數字孿生或模擬，以往只能算幾個建筑物，現在有可能為一個區域建模。更“快”的軟件，應用于產業中，將大大縮短產業研發周期及加快迭代速度，直接助力我國在許多戰略領域的追趕。

據介紹，武漢超算中心投用超百天已與約30家用戶達成合作，在流體力學、遙感測繪、圖計算、生命科學、氣象氣候等領域為武漢及全國產學研界提供算力支持。

本文轉自：長江日報